四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：3.1气体实验定律 跟踪训练（含解析）

3.1气体实验定律
课时作业（含解析)
1．一定质量的理想气体,如图方向发生状态变化,此过程中,下列叙述正确的是(
)
A．1→2气体体积增大
B．3→1气体体积减小
C．2→3气体体积不变
D．3→1→2气体体积先减小后增大
2．实验室内，某同学用导热性能良好的气缸和活塞将一定质量的理想气体密封在气缸内活塞与气缸壁之间无摩擦用滴管将水缓慢滴注在活塞上，则以下图象中能反映密闭气体状态变化过程的是　　
A．B．C．
D．
3．如图所示，竖直圆筒是固定不动的，粗筒横截面积是细筒的3倍，细筒足够长，粗筒中A、B两轻质活塞间封有气体，气柱长L＝20cm.活塞A上方的水银深H＝10cm，两活塞与筒壁间的摩擦不计，用外力向上托住活塞B，使之处于平衡状态，水银面与粗筒上端相平．现使活塞B缓慢上移，直至水银的一半被推入细筒中，若大气压强p0相当于75cm高的水银柱产生的压强，则此时气体的压强为(　　)
A．100cmHg
B．95cmHg
C．85cmHg
D．75cmHg
4．
下列说法正确的是（
）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．在实验室中可以得到-273.15℃的低温
C．一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大
D．热量一定是从内能大的物体传递到内能小的物体
5．在用注射器“验证玻意耳定律”的实验中，某同学对气体的初状态和末状态的测量和计算都正确无误。结果末状态的pV值与初状态的p0V0值明显不等。造成这一结果的原因不可能是（　　）
A．气体与外界间有热交换
B．气体温度发生变化
C．有气体泄漏
D．体积改变得太迅速
6．下列说法不正确的是（
）
A．物体内分子热运动的平均动能越大，则物体的温度越高
B．液体表面层中分子间的相距作用表现为引力
C．用显微镜观察液体中的布朗运动，观察到的是液体分子的无规则热运动
D．一定质量的理想气体保持体积不变，温度升高，则单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多
7．下列说法中正确的是(　　)
A．在完全失重的情况下，气体对容器的压强为零
B．气体的压强主要是大量气体分子频繁地碰撞容器而产生的
C．一定质量的理想气体，温度不变时，压强越大，分子间的平均距离越大
D．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强一定变大
E.一定质量的理想气体在压强不变而体积增大时，单位时间碰撞单位面积容器的分子数一定减少
8．下列说法正确的是__________
A．用油膜法估测分子直径的实验中，用酒精稀释过的油酸滴在水面上形成单分子层，单分子油膜的厚度就是酒精分子和油酸分子半径的平均值
B．布朗运动说明液体分子做永不停息的无规则运动，同时说明液体分子间有间隙
C．分子间作用力为零时，分子间的势能不一定是零
D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关
E.在完全失重的状态下，气体的压强为零
9．如图所示表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中平行于横轴，M的延长线过原点，以下说法正确的是
A．从状态b到a，气体温度升高
B．从状态a到d，气体体积增大
C．从状态d到c，气体体积减小
D．从状态c到b，气体体积减小
10．如图所示为一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中平行于横轴，的延长线过原点，下列说法正确的是
A．从状态到状态，气体体积减小
B．从状态到状态，气体体积减小
C．从状态到状态，气体体积增大
D．从状态到状态，气体体积不变
11．如图所示，面积的轻活塞A将一定质量的气体封闭在导热性能良好的汽缸B内，汽缸开口向上竖直放置，高度足够大在活塞上放一重物，质量为，静止时活塞到缸底的距离为，摩擦不计，大气压强为，温度为，g取．
若保持温度不变，将重物去掉，求活塞A移动的距离；
若加热汽缸B，使封闭气体温度升高到，求活塞A移动的距离．
12．如图所示，导热性能良好的气缸开口向上，竖直放置在水平面上，气缸高度为h，缸内活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸内壁间无摩擦且密闭性好，静止时活塞离缸底的距离为，大气压强为，环境温度为（为热力学温度），重力加速度为g，活塞的截面积为S，不计活塞和缸体的厚度。
(1)将气缸在竖直面内缓慢转动180°，气缸开口向下，活塞刚好到达气缸口，求活塞的质量m；
(2)继续将气缸在竖直面内缓慢转动90°，使气缸开口水平，然后再缓慢升高环境温度，使活塞刚好也移动到气缸口，求在温度升高的过程中活塞移动的距离和环境温度升高的数值。
13．如图所示，右端开口、左端封闭的U形玻璃管竖直放置，下部有一个开关K，右端上部有一光滑的轻活塞，玻璃管内封闭有两段空气柱（均可看做理想气体），各部分长度如图所示。打开开关K，等到稳定后，左右两端的水银面恰好平齐。现在用力向下缓慢推活塞，再次使得U形玻璃管左端气柱恢复到打开开关前的状态。已知玻璃管的横截面积处处相同，向下推动活塞的过程中，没有发生气体泄漏且环境温度不变，大气压强取。求：
（i）开关打开前左端封困气体的压强；
（ii）活塞向下推动的距离。
参考答案
1．B
【解析】
A.有图象可知，1→2的过程中，气体做的是等温变化，压强增大，根据公式，可知体积减小，故A错误；
B.3→1的过程中，气体做的是等压变化，温度降低，根据公式，可知体积减小，故B正确；
C.2→3的过程中，气体的压强减小，温度升高，根据公式，可知体积增大，故C错误；
D.
在3→1→2的过程中，由B和A选项知，气体体积一直在减小。故D错误。
2．A
【解析】
由题意可知，气缸和活塞的导热性能良好，封闭气体的温度与环境温度相同，保持不变，气体发生等温压缩，A图线表示等温压缩过程，故A正确；P-T图象过原点的直线表示等容变化，即体积不变，温度减小，故B错误；P-V图象中双曲线表示等温变化，由图中箭头方向知图线表示等温膨胀过程，故C错误；P-T图象过原点的直线表示等容变化，则等容线对应的P-t图线如图中红线所示：
沿箭头方向变化时，对应的等容线斜率越来越大则对应体积越来越小，即D图线表示的是升温压缩过程，故D错误．所以A正确，BCD错误．
3．B
【解析】
当有一半的水银被推入细筒中时，由于粗筒横截面积是细筒横截面积的3倍，因此，细筒中水银柱的高度为，活塞A上方水银柱的总高度，因活塞A的重力不计，所以气体的压强.
A.100cmHg与分析结果不相符；故A项不合题意.
B.95cmHg与分析结果相符；故B项符合题意.
C.85cmHg与分析结果不相符；故C项不合题意.
D.75cmHg与分析结果不相符；故D项不合题意.
4．C
【解析】
试题分析：布朗运动是液体分子对悬浮微粒的撞击形成的，是悬浮微粒的运动，则A选项错误；无论是自然界还是实验室的温度只能无限靠近-273.15°C但却不能达到这个温度，B选项错误；据PV/T=K可知，一定质量的气体被压缩时，如果温度也降低，有可能使压强减小，C选项正确；热传递是指在不发生任何变化的情况下热量由高温物体传递给低温物体或者是高温部分传递给低温部分，也就是说热传递能否发生只和温度相关和内能的大小没有关系，所以D选项错误。
考点：布朗运动、内能、热力学第三定律、理想气体状态方程。
【名师点睛】本题考查布朗运动、内能、热力学第三定律、理想气体状态方程等知识点的考查；都是容易出错的知识点，尤其是布朗运动，它是分子热运动的表现，是固体颗粒的无规则的运动，而不是液体分析的运动。
5．A
【解析】
ABD.在“验证玻意耳定律”的实验中，是研究温度不变的情况下，一定质量的气体压强与体积的关系的，即气体的温度是不能变化的，由理想气体状态方程，可得当气体的温度不变的情况下，p与V是成反比的，但是如果气体的温度发生变化，pV的乘积也就发生了变化，末状态的pV值与初状态的p0V0值也就明显不等，所以造成这一结果的原因可能是实验过程中气体温度发生变化，或者是体积改变得太迅速，气体的温度还没有来的及恢复，导致pV的乘积变化。本实验由于气体体积变化，存在做功的情况，所以气体与外界间有热交换，这不是导致末状态的pV值与初状态的p0V0值明显不等的原因，故A符合题意，BD不符合题意；
C.根据克拉珀龙方程pV＝nRT，有气体泄漏，n变化，则pV变化，故C不符合题意；
6．C
【解析】
A.
温度是分子平均动能的标志，物体内分子热运动的平均动能越大，则物体的温度越高，选项A正确；
B.
液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，从而有分子引力不均衡，产生沿表面作用于任一界线上的张力，表现为引力，故B正确。
C.布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，反映的是液体分子的无规则运动，故C错误。
D.一定质量的理想气体保持体积不变，温度升高，则分子运动的激烈程度增大，所以单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多，故D正确。
此题选择不正确的选项，故选C.
7．BDE
【解析】
AB.气体压强主要是大量气体分子不断对容器碰撞而产生的，在失重情况下气体分子的热运动不会受到影响，气体对容器的压强不会变化，故A项不合题意，B项符合题意；
C.一定质量的气体，温度不变时，压强越大，根据理想气体状态方程得气体体积越小，所以分子间的平均距离越小，故C项不合题意；
D.当气体体积不变，分子热运动变剧烈时，单位时间内撞击容器的分子数增加，对容器的撞击作用力增大，压强变大，D项符合题意；
E.一定质量的理想气体压强不变，当体积增大时，温度一定升高，分子的平均速率增大，故单位时间撞击单位面积容器的分子数一定减少，故E项符合题意．
8．BCD
【解析】
A.用油膜法估测分子直径的实验中，用酒精稀释过的油酸滴在水面上形成单分子层，单分子油膜的厚度为油酸分子直径;故A错误.
B.布朗运动说明液体分子做永不停息的无规则运动，同时说明液体分子间有间隙;故B正确.
C.分子间作用力为零时，分子势能最小，但分子间的势能不一定是零;故C正确.
D.气体压强与分子数密度和分子热运动的平均动能有关，而温度是分子平均动能的标志，故气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及气体温度都有关;故D正确.
E.根据气体压强的微观意义，气体压强与分子数密度和分子热运动的平均动能有关，和气体是否失重无关;故E错误.
9．ABD
【解析】
A.从状态b到a是一个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，故A正确；
B.从状态a到d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，故B正确；
C.从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，故C错误；
D.从状态c到b是一个降压、降温的过程，同时体积减小，故D正确。
10．BCD
【解析】
A.气体从状态到状态，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，A项错误；
B.由图象可知，斜率与气体体积成反比，从状态到状态斜率增大，体积减小，B项正确；
C.气体从状态到状态是一个等压、升温的过程，同时体积增大，C项正确；
D.由得，故气体从状态到状态是一个等容变化过程，故D项正确.
11．(1)
(2)
【解析】
①以封闭气体为研究对象
初态压强
初状态体积
末状态压强
气体发生等温变化，由玻意耳定律得
解得
活塞移动距离
②加热气缸，气体做等压变化，由查理定律得
解得
活塞移动距离
点睛：根据平衡条件分别求出重物去掉前后气体的压强，气体发生等温变化，由玻意耳定律可求重物去掉后的气柱的长度，可求活塞移动距离；加热气缸，气体压强不变，由查理定律可求重物加热后的气柱的长度，可求活塞移动距离．
12．(1)
(2)
【解析】
(1)设活塞的质量为m，开始时，缸内气体的压强为
开口向下后，缸内气体的压强为
气体发生的是等温变化
求得：
(2)气缸转过90°开口水平时，设缸内气柱长度为h'，缸内气体压强为
此过程中，气体发生的仍是等温变化，
求得
则温度升高的过程中，活塞移动的距离为
缓慢升高环境温度，使活塞刚好也移到气缸口，此时缸内气柱长度为h。
此过程中，气体发生等压变化
求得
上述过程环境温度升高了
13．（i）
（ii）
【解析】
(i)打开开关前左侧气柱长为，打开开关稳定后左侧气柱的长度为
气体的压强等于大气压强，设玻璃管的横截面积为，由玻意耳定律
解得
(ii)以右边的气体为研究对象，移动活塞前气柱长为，压强为大气压强。当玻璃管左端气柱恢复到打开开关前的状态时右边气体的压强为
设此时气柱长为，则
解得
活塞向下推动的距离为
。